JP2005024991A - Image forming apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複写機やプリンタやファクシミリ等の画像形成装置に関し、特に、像担持体の表面の有機感光層をいわゆる接触帯電方法によって帯電させる画像形成装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来一般の画像形成装置では、概略、以下に示す画像形成の動作が行われる。先ず、像担持体である感光体ドラムの表面が帯電器により一様に所定電位に帯電される。次いで、露光器からの画像情報に基づく照射光によりその感光体ドラムの表面に静電潜像が形成され、現像器によりその静電潜像にトナーを付着させてトナー顕像が現像される。続いて、感光体ドラム上のトナー顕像は、転写ローラ等の転写器により紙等のシート材上に転写される。その後、このシート材は、一対のローラからなる定着器に搬送され、この定着器での加熱・加圧によりトナー像が定着されて、外部に排出すなわち出力される。一方、転写後の感光体ドラムは、この表面に残存するトナーがクリーニングブレード等のクリーニング器により除去され、更に必要に応じて除電器によりその表面が一様に除電される。こうした画像形成の動作が繰り返し行われる。
【0003】
ここで、感光体ドラムを帯電させる手法としては、いわゆる非接触帯電方法と接触帯電方法とがある。前者の非接触帯電方法を採用した画像形成装置における帯電器はコロナ帯電器が代表的であり、このコロナ帯電器は、微小間隔を空けて対向配置された感光体ドラムに向けて放電コロナを発生させ、これにより感光体ドラムの表面を帯電させるものである。但し、このコロナ帯電器では、環境に有害であるオゾン等や、感光体ドラムの表面劣化を促進して画質に悪影響を与えるアンモニウム塩等といった放電生成物が発生してしまう欠点がある。
【0004】
一方、後者の接触帯電方法は、感光体ドラムの表面に対し、直流電圧及び交流電圧が重畳されてなるバイアスが印加された導電性の帯電部材を接触させ、これによりその接触帯電部材を介して感光体ドラムの表面に電荷を与え、その表面を帯電させるものである(例えば、特許文献1参照)。この接触帯電方法を採用した画像形成装置は、上記した放電生成物の発生を格段に低減できることから、近年の主流となっている。なお、接触帯電部材に印加するバイアスは直流電圧及び交流電圧が重畳されてなるが、これは、感光体ドラムに対しての帯電の均一性や帯電効率を高めるために施すものである。以下、この接触帯電方法を採用した画像形成装置に関して述べていく。
【0005】
ところで、画像形成装置における像担持体(感光体ドラム)は、当該装置に搭載される部品の中でも特に高価なものである。そのため、近年では、コスト低減を主目的に、実質帯電される感光層として有機の感光層を採用するとともに、この有機感光層を導電性素管の表面に単層又は積層で形成してなる像担持体を用いている。単層の有機感光層は、電荷発生剤と電荷輸送剤とがバインダ樹脂中に分散されたものであり、積層の有機感光層は、電荷発生剤と電荷輸送剤とが別個の層に分散され、且つ電荷発生剤を含有した電荷発生層が電荷輸送剤を含有した電荷輸送層で被覆されたものである。有機感光層を有する像担持体には、以下に示す特質とこれに伴う問題がある。
【0006】
第1に、使用する際の温度や湿度といった環境の変化に敏感であり、この環境変化に追従して有機感光層の帯電特性が顕著に変化する。つまり、図7に示すように、温度や湿度が高くなるに従って、有機感光層の帯電性(与えられたバイアスに対しての帯電度合い)が増加する。そうすると、標準状態に見合うように予め設定されたバイアスを常時同一の設定条件で接触帯電部材に印加したのでは、温度や湿度が標準レベルよりも高い場合、有機感光層に与えられるバイアスとしては過剰になって、有機感光層の表面電位上昇を招き、他方、温度や湿度が標準レベルよりも低い場合、有機感光層は所望する所定電位まで帯電されなくなる。いずれの場合にも、最終的にシート材に形成される画像の品位低下につながる。
【0007】
第2に、繰り返しの使用に伴う帯電部材との接触やバイアス印加により、有機感光層の表面が摩耗したり劣化したりし易く、特にその有機感光層の厚さの減少といった経時変化に追従して有機感光層の帯電性が次第に低下する(図8参照)。つまり、初期状態に見合うように予め設定されたバイアスを永続して同一の設定条件で接触帯電部材に印加したのでは、有機感光層は所望する所定電位まで帯電されなくなる。その結果、やはりシート材上の画像の品位が徐々に低下していく。
【0008】
このように有機感光層を有する像担持体に対しては、実際の使用状況を踏まえると、接触帯電部材に印加するバイアスを環境変化や経時変化に対応して適宜調整する必要がある。そのため従来は、バイアスの構成要素である直流電圧及び交流電圧のうちで、直流電圧の電圧値(以下、「直流電圧値」と記すことがある)を調整したり、交流電圧のピーク電圧値(以下、「交流ピーク電圧値」と記すことがある)を調整したりしていた。つまり、環境変化に関しては、温度や湿度が標準レベルに比べて高い場合、標準状態の設定条件に対し直流電圧値或いは交流ピーク電圧値を小さくし、他方、温度や湿度が標準レベルに比べて低い場合、標準状態の設定条件に対し直流電圧値或いは交流ピーク電圧値を大きくしていた。また、経時変化に関しては、有機感光層の厚さが初期レベルに対して減少するに従って、初期状態の設定条件に対し直流電圧値或いは交流ピーク電圧値を大きくしていた。
【0009】
【特許文献1】
特開平6−202434号公報
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、直流電圧値或いは交流ピーク電圧値のいずれの調整においても、環境変化における低温や低湿下や、有機感光層の膜厚が減少した状態で、像担持体の有機感光層にピンホール等が発生する場合があった。これは、直流電圧値或いは交流ピーク電圧値が大きくなるの伴ってバイアスそのものの最大ピーク電圧値が大きくなるため、有機感光層の帯電性に対しては有効になる反面、有機感光層が耐え得るには過剰なバイアスとなるからである。また、高温や高湿下での交流ピーク電圧値の調整においては、交流ピーク電圧値が小さくなるのに伴ってバイアスそのもののピーク間電圧値が小さくなることから、バイアスとして直流電圧に交流電圧を重畳させた効果が薄れ、像担持体に対しての帯電の均一性や帯電効率が悪化してしまう。
【0011】
従って、有機感光層を有する像担持体に対しては、接触帯電部材に印加するバイアスを環境変化や経時変化に対応して適宜調整する必要があるものの、バイアスの直流電圧値或いは交流ピーク電圧値の調整では、十分に対処できないといえる。
【0012】
そこで、本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、環境変化や経時変化を伴う実際の使用状況下で、単層の有機感光層を有する像担持体に対して、有機感光層の破損を防止し、且つ帯電の均一性や帯電効率を損なうことなく接触帯電できる画像形成装置を提供することを目的とするものである。
【0013】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明による画像形成装置は、表面に有機感光層を有する像担持体と、この像担持体の表面に接触して前記有機感光層を所定電位に帯電させる接触帯電部材と、直流電圧及び交流電圧が重畳されてなるバイアスを生成して前記接触帯電部材に印加するバイアス印加手段と、を備えた画像形成装置において、前記像担持体の周囲の温度又は湿度のうちの少なくとも1つを検出するセンサと、このセンサからの検出温度又は検出湿度に基づいて前記バイアス印加手段を制御する制御手段と、を備えていて、前記制御手段は、前記バイアスに関し、前記直流電圧の電圧値及び前記交流電圧のピーク電圧値を一定に維持しながら、前記交流電圧の波形における正成分領域と負成分領域とを前記検出結果に対応する比率に調整するようになっており、前記像担持体の帯電極性と同極性の成分領域の比率は、前記検出温度又は検出湿度が高くなるに従ってより小さく、前記検出温度又は検出湿度が低くなるに従ってより大きく設定されていることを特徴とする。
【0014】
これにより、バイアスそのものの最大ピーク電圧値が一定に維持されたまま、その実効電圧値は、標準レベルに比べて、低温や低湿下でより大きく、他方、高温や高湿下でより小さく調整される。従って、低温や低湿下では、帯電性の低下した有機感光層に対して、帯電の均一性や帯電効率に有効な重畳のバイアスを与えることができるし、しかもそのバイアスは、有機感光層に破損を与える程度のものにはならない。他方、高温や高湿下でも、帯電性の向上した有機感光層に対し、帯電の均一性や帯電効率に有効な重畳のバイアスを与えることができる。
【0015】
また、上記目的を達成するための本発明による画像形成装置は、表面に有機感光層を有する像担持体と、この像担持体の表面に接触して前記有機感光層を所定電位に帯電させる接触帯電部材と、直流電圧及び交流電圧が重畳されてなるバイアスを生成して前記接触帯電部材に印加するバイアス印加手段と、を備えた画像形成装置において、前記有機感光層の厚さの指標を検出する厚さ指標検出手段と、この厚さ指標検出手段からの検出結果に基づいて前記バイアス印加手段を制御する制御手段と、を備えていて、前記制御手段は、前記バイアスに関し、前記直流電圧の電圧値及び前記交流電圧のピーク電圧値を一定に維持しながら、前記交流電圧の波形における正成分領域と負成分領域とを前記検出結果より算出した前記有機感光層の厚さに対応する比率に調整するようになっており、前記像担持体の帯電極性と同極性の成分領域の比率は、前記厚さが減少するに従ってより大きく設定されていることを特徴とする。
【0016】
これにより、バイアスそのものの最大ピーク電圧値が一定に維持されたまま、その実効電圧値は、有機感光層の厚さが初期レベルに対して減少するに従って、より大きく調整される。従って、膜厚の減少で次第に帯電性の低下した有機感光層に対して、帯電の均一性や帯電効率に有効な重畳のバイアスを与えることができるし、しかもそのバイアスは、有機感光層に破損を与える程度のものにはならない。
【0017】
ここで、有機感光層の厚さを直接計測することは困難であるため、厚さ指標算出手段を介して間接的にその厚さを算出するわけであるが、その厚さ指標検出手段を簡単に得る目的で、前記厚さ指標検出手段は、当該画像形成装置で画像形成されて出力されたシート材の累積枚数を前記指標として検出するようになっているとよい。また、前記厚さ指標検出手段は、前記バイアス印加手段から前記接触帯電部材に流れ込む前記バイアスの電流量を前記指標として検出するようになっていてもよい。
【0018】
更に、実用性を踏まえ、前記接触帯電部材がローラ状又はブラシ状であることが好ましい。
【0019】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の画像形成装置の実施形態について、図面を参照しながら詳述する。図1は本発明の一実施形態である画像形成装置の要部を示す縦断面図、図2はその画像形成装置で用いられるバイアスにおける交流電圧の波形の模式図であって、図2(a)はその交流電圧の正成分領域と負成分領域との比率が等しい状態、図2(b)は正成分領域の比率が大きい状態、図2(c)は正成分領域の比率が小さい状態をそれぞれ示す。また、図3は環境変化に対応する正成分領域の比率の一例を示すデータテーブル、図4はシート材の累積出力枚数と有機感光層の厚さとの相関を示す模式図、図5は経時変化に対応する正成分領域の比率の一例を示すデータテーブル、図6はその画像形成装置における画像形成動作を説明するフローチャートである。
【0020】
本実施形態の画像形成装置は、接触帯電方法を採用したものであって、図1に示すように、大きくは、軸回転駆動される像担持体である感光体ドラム1と、この感光体ドラム1の表面を一様に所定電位に帯電させる帯電部材2と、この帯電部材2により帯電された感光体ドラム1の表面を露光して画像情報に基づく静電潜像を形成する露光器3と、この露光器3により形成された静電潜像にトナーを付着させてトナー顕像を形成(現像)するための現像器4と、この現像器4により形成されたトナー顕像をシート材Pに転写させる転写ローラよりなる転写器5と、転写後の感光体ドラム1の表面に残存するトナーを除去するためのクリーニング器6と、シート材P上に転写されたトナー像を加熱・加圧して定着させる一対のローラよりなる定着器7と、を備えている。
【0021】
更に、直流電圧及び交流電圧が重畳されてなるバイアスを生成するバイアス電源8と、当該装置内の特に感光体ドラム1の周囲の温度及び湿度を検出するセンサ9と、当該装置で画像形成されて出力されたシート材Pの累積枚数を計測するカウンタ10と、これらのバイアス電源8、センサ9及びカウンタ10に接続されて全体を制御するCPU11と、を備えている。
【0022】
より具体的には、感光体ドラム1は、基体であるアルミ等の導電性素管1aの表面に有機感光層1bを単層で形成してなり、この有機感光層1bは、帯電部材2を構成する後述の導電性ゴム層2bと接触し、実質電荷が与えられて所定電位に帯電される。
【0023】
ここで、有機感光層1bの詳細な構成について、述べておく。有機感光層1bは、電荷発生剤(CGM)と電荷輸送剤(CTM)とがバインダ樹脂中に分散されてなるものである。電荷発生剤としては、フタロシアニン系顔料やペリレン系顔料等が好適であるが、セレンやセレン−テルルやアモルファスシリコン等であってもよく、所望の領域に吸収波長域を有するよう2種以上混合して用いることも可能である。また、電荷輸送剤としては、公知の電子輸送剤(ETM)と正孔輸送剤(HTM)とを組み合わせて用いることが好ましい。
【0024】
電子輸送剤としては、無水コハク酸や無水マレイン酸やジブロム無水コハク酸等の電子吸引性物質が挙げられ、2種以上を併用することも可能である。他方、正孔輸送剤としては、ピレンやカルバゾール化合物やヒドラゾン塩等が挙げられ、これも2種以上を併用することが可能である。バインダ樹脂としては、耐摩耗性に優れる点で、ポリカーボネート樹脂やポリエステル樹脂等が好適である。
【0025】
本実施形態の有機感光層1bでは、電荷発生剤が固形分当たり3〜5重量%、電荷輸送剤が固形分当たり60〜80重量%程度で含有されていて、電子輸送剤と正孔輸送剤との重量比は、1:5〜1:1程度となっている。また、その有機感光層1bの初期状態の厚さについては、25〜100μm程度が一般的であるが、本実施形態では、30μmに設定している。
【0026】
導電性素管1a上への単層有機感光層1bの形成手法については、電荷発生剤、電荷輸送剤及びバインダ樹脂を所定の量比で適当な溶媒中に溶解或いは分散させた塗工液を調製し、これをデイッピング等によって導電性素管1a上に所定厚みで塗布して、加熱乾燥させることにより行われる。
【0027】
但し、有機感光層1bは、導電性素管1a上に直接形成してもよいが、下引き層を両者の間に介在させてもよい。この下引き層としては、カゼインやポリビニルアルコール等の高分子膜が挙げられ、その厚さは、0.01〜20μm程度が好ましい。この場合、下引き層に導電性を付与するために、金や銀やアルミ等の金属粉末、酸化チタンや酸化スズ等の酸化金属粉末、或いはカーボンブラック等の導電性微粉末を分散させることが好適である。
【0028】
また、有機感光層1bに対し、より一層の帯電の均一性や付着トナーの離剥性に配慮して、有機感光層1bの表面にオーバーコート層を設けてもよい。このオーバーコート層としては、透明で、且つ耐摩耗性やトナー離剥性等に優れることが要求され、シリコン樹脂が最適である。その厚さは、成形の容易性や有機感光層1bの帯電性を考慮すると、0.5〜5μm程度が好ましい。
【0029】
続いて、帯電部材2は、ローラ状の導電性基体2aの表面に導電性ゴム層2bを形成してなり、感光体ドラム1の表面と弾力的な接触状態で対向配置され、感光体ドラム1の回転に同期して従動回転するようになっている。ここで導電性基体2aは、アルミやスチールやステンレス等の金属製であって、バイアス電源8に接続されている。また、導電性ゴム層2bは、エピクロルヒドリンゴムやシリコンゴムやポリブタジエンゴムやアクリルゴム等の各種ゴムに、カーボンブラックや金属粉末等の導電性徴粉末を分散させたイオン導電性のゴム組成物である。この導電性ゴム層2bには、CPU11からの指令によるバイアス電源8からのバイアスが、導電性基体2aを通じて印加される。このバイアスの詳細な性状については、後述する。
【0030】
なお、弾力的な導電性ゴム層2bを設けた理由は、接触対象である感光体ドラム1の有機感光層1bへの安定した接触を維持するするためである。従って、導電性ゴム層2bに代えて、これと同様に作用する導電性ブラシを導電性基体2aの表面から周囲に突出するよう設けても構わない。
【0031】
引き続き、帯電部材2に印加されるバイアスの性状とその調整について、詳述する。本実施形態では、環境変化とともに経時変化に対応して、すなわち環境変化についてはセンサ9からの検出結果である温度及び湿度、経時変化についてはカウンタ10からの検出結果であるシート材Pの累積出力枚数に基づいて、CPU11によりバイアスが調整されるようになっている。そのバイアス調整は、図2に示すように、バイアスの構成要素である交流電圧の波形である正弦波における正成分領域Aと負成分領域Bとの比率を変化させることでなされる。但し、直流電圧の電圧値及び交流電圧のピーク電圧値Vppは一定に維持する。なお、ここでいう正成分領域Aとは、交流電圧のみの波形におけるピーク間中央値(図2では、0(ゼロ))よりもプラス側の面積を示し、他方負成分領域Bとは、マイナス側の面積を示しており、そのピーク間中央値は、実際のバイアスにおいて直流電圧の電圧値に相当する。
【0032】
次に、正成分領域Aと負成分領域Bとの比率であるが、先ず、環境変化に関しては、温度及び湿度毎に予め固有の比率が定められている。その一例を図3に示す。ここでは、温度が15〜25℃で湿度が20〜80%を標準レベルとし、この標準レベルでの正成分領域Aの比率を50%(負成分領域Bの比率も50%)としている。つまり、標準レベルでの波形は、図2(a)に示すように、正成分領域Aと負成分領域Bとが等しく対称にある。
【0033】
また、標準レベルに対し低温低湿下の例えば温度が15℃以下で湿度が20%以下では、正成分領域Aの比率を標準レベルよりも大きい70%(負成分領域Bの比率は30%)としている。この低温低湿下での波形は、図2(b)に示すように、正成分領域Aが負成分領域Bよりも大きく非対称にある。つまり、低温低湿下では、バイアスそのもので見れば、標準レベルに比べて、最大ピーク電圧値が一定に維持されたまま、その実効電圧値がより大きく調整されるようになっている。
【0034】
他方標準レベルに対し高温高湿下の例えば温度が25℃以上で湿度が80%以上では、正成分領域Aの比率を標準レベルよりも小さい30%(負成分領域Bの比率は70%)としている。この高温高湿下での波形は、図2(c)に示すように、正成分領域Aが負成分領域Bよりも小さく非対称にある。つまり、高温高湿下では、バイアスそのもので見れば、標準レベルに比べて、最大ピーク電圧値が一定に維持されたまま、その実効電圧値がより小さく調整されるようになっている。
【0035】
このように、環境変化に関するバイアスの調整に用いられる正成分領域Aの比率としては、標準レベルに対して高くなるに従ってより小さく、標準レベルに対して低くなるに従ってより大きくなるものが定められている。
【0036】
一方、経時変化に関する正成分領域Aと負成分領域Bとの比率は、感光体ドラム1の有機感光層1bの厚さ毎に予め固有に定められている。ここで、有機感光層1bの厚さを直接計測することは困難であるため、シート材Pの累積出力枚数をその厚さの変化の指標としている。これは、有機感光層1bの厚さが、一般には、当該装置による画像形成の進行とともにほぼ比例して減少することを利用したものである。例えば、図4に示すように、最初に30μmであった厚さは、累積出力枚数が10万枚程度で半減する。
【0037】
説明を戻り、経時変化に関する正成分領域Aと負成分領域Bとの比率の一例を図5に示す。ここでは、累積枚数が3万5千枚までを初期レベルとし、この初期レベルでの正成分領域Aの比率を50%(負成分領域Bの比率も50%)としている。つまり、初期レベルでの波形は、図2(a)に示すように、正成分領域Aと負成分領域Bとが等しく対称にある。
【0038】
また、初期レベルに対し有機感光層1bの厚さの減少が進行した3万5千〜7万枚では、正成分領域Aの比率を初期レベルよりも大きい55%(負成分領域Bの比率は45%)としている。更に進行した7万〜10万枚では、正成分領域Aの比率を更に大きい60%(負成分領域Bの比率は40%)としている。いずれの波形も、図2(b)に示すように、正成分領域Aが負成分領域Bよりも大きく非対称にある。つまり、有機感光層1bの厚さが初期レベルに対して減少するに従って、バイアスそのもので見れば、最大ピーク電圧値が一定に維持されたまま、その実効電圧値がより大きく調整されるようになっている。
【0039】
このように、経時変化に関するバイアスの調整に用いられる正成分領域Aの比率としては、初期レベルに対して有機感光層1bの厚さが減少するに従ってより大きくなるように定められている。
【0040】
次に、画像形成装置における画像形成動作について、説明する。図6に示すように、画像形成動作が開始されると、CPU11は、センサ9で検出した温度及び湿度を受け取る(ステップ#10)。これと同時に、カウンタ10で検出したこれまでのシート材Pの出力累積枚数を受け取って(ステップ#20)、この累積枚数から感光体ドラム1における現時点での有機感光層1bの厚さを算出する(ステップ#30)。
【0041】
次いで、ステップ#40において、バイアスの構成要素である交流電圧の正成分領域Aと負成分領域Bの調整量(正成分領域Aの比率)を決定する。具体的には、図3に示すデータテーブルより、センサ9から取得の温度及び湿度に対応する正成分領域Aの比率を抽出するとともに、図5に示すデータテーブルより、算出の有機感光層1bの厚さに対応する正成分領域Aの比率を抽出し、これら抽出された比率を積算して、バイアスの調整量とする。
【0042】
続いて、ステップ#50において、この調整量をバイアス電源8に与え、バイアス電源8がその調整量に応じて交流電圧を調整するとともに、この交流電圧と直流電圧とを重畳させたバイアスを帯電部材2に印加する。
【0043】
そして、ステップ#60において、感光体ドラム1の有機感光層1bに対しての接触帯電、露光、及び現像が行われ、シート材Pに対してのトナー像転写及び定着が行われ、これに続いて、有機感光層1bのクリーニングが行われる。これで1サイクルの画像形成動作が終了する。
【0044】
このような画像形成動作の中では、帯電部材2に印加されたバイアスそのものは、最大ピーク電圧値が一定に維持されたまま、その実効電圧値は、標準レベルに比べて、低温や低湿下でより大きく、他方、高温や高湿下でより小さく調整されている。そのため、低温や低湿下では、帯電性の低下した有機感光層1bに対して、帯電の均一性や帯電効率に有効な重畳のバイアスを与えることができるし、しかもそのバイアスは、有機感光層1bに破損を与える程度のものにはならない。他方、高温や高湿下でも、帯電性の向上した有機感光層1bに対し、帯電の均一性や帯電効率に有効な重畳のバイアスを与えることができる。
【0045】
更に、バイアスそのものは、その実効電圧値が、有機感光層1bの厚さが初期レベルに対して減少するに従って、より大きく調整されている。そのため、膜厚減少の影響で次第に帯電性の低下した有機感光層1bに対して、帯電の均一性や帯電効率に有効な重畳のバイアスを与えることができるし、しかもそのバイアスは、有機感光層1bに破損を与える程度のものにはならない。
【0046】
従って、最終的にシート材Pに形成される画像の品位は、環境変化や経時変化にかかわらず優れたものとなる。
【0047】
なお、その他本発明は上記の各実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。例えば、環境変化に関するバイアスの調整のための検出対象は、上記の実施形態のように温度及び湿度の両方であることが望ましいが、使用地域に応じて、温度又は湿度のうちのいずれか1つにすることも可能である。更に、上記の実施形態では、環境変化及び経時変化をともに検出し、両者の変化を加味したバイアスに調整しているが、いずれか1つの変化に対応するバイアス調整にすることも勿論可能である。また、バイアスの構成要素である交流電圧の波形は、正弦波に限らず、矩形波や三角波等であってもよい。
【0048】
また、経時変化を検出するためのカウンタ10に代えて、バイアス電源8と帯電部材2との接続経路中に電流計を配設し、この電流計により印加バイアスの流れ込み電流量を有機感光層1bの厚さの指標として測定するようにしてもよい。これは、有機感光層1bの厚さが減少するに従って、その電流量が増加することを活用したものである。
【0049】
【発明の効果】
以上説明した通り、本発明の画像形成装置によれば、バイアスそのものの最大ピーク電圧値が一定に維持されたまま、その実効電圧値は、標準レベルに比べて、低温や低湿下でより大きく、他方、高温や高湿下でより小さく調整される。そのため、低温や低湿下では、帯電性の低下した有機感光層に対して、帯電の均一性や帯電効率に有効な重畳のバイアスを与えることができるし、しかもそのバイアスは、有機感光層に破損を与える程度のものにはならない。他方、高温や高湿下でも、帯電性の向上した有機感光層に対し、帯電の均一性や帯電効率に有効な重畳のバイアスを与えることができる。従って、最終的にシート材に形成される画像の品位は、環境変化にかかわらず優れたものとなる。
【0050】
また本発明の画像形成装置によれば、バイアスそのものの最大ピーク電圧値が一定に維持されたまま、その実効電圧値は、有機感光層の厚さが初期レベルに対して減少するに従って、より大きく調整される。そのため、膜厚減少の影響で次第に帯電性の低下した有機感光層に対して、帯電の均一性や帯電効率に有効な重畳のバイアスを与えることができるし、しかもそのバイアスは、有機感光層に破損を与える程度のものにはならない。従って、最終的にシート材に形成される画像の品位は、経時変化にかかわらず優れたものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態である画像形成装置の要部を示す縦断面図である。
【図2】本一実施形態でのバイアスにおける交流電圧の波形の模式図である。
【図3】本一実施形態でのバイアスにおける環境変化に対応する正成分領域の比率の一例を示すデータテーブルである。
【図4】シート材の累積出力枚数と有機感光層の厚さとの相関を示す模式図である。
【図5】本一実施形態でのバイアスにおける経時変化に対応する正成分領域の比率の一例を示すデータテーブルである。
【図6】本一実施形態の画像形成装置における画像形成動作を説明するフローチャートである。
【図7】温度、湿度と有機感光層の帯電性との相関を示す模式図である。
【図8】有機感光層の厚さとその帯電性との相関を示す模式図である。
【符号の説明】
1 感光体(像担持体)
1a 導電性素管
1b 有機感光層
2 帯電部材(接触帯電部材)
2a 導電性基体
2b 導電性ゴム層
3 露光器
4 現像器
5 転写器
6 クリーニング器
7 定着器
8 バイアス電源(バイアス印加手段)
9 センサ
10 カウンタ
11 CPU
A バイアスの構成要素である交流電圧の波形の正成分領域
B バイアスの構成要素である交流電圧の波形の負成分領域
P シート材[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an image forming apparatus such as a copying machine, a printer, or a facsimile, and more particularly to an image forming apparatus that charges an organic photosensitive layer on the surface of an image carrier by a so-called contact charging method.
[0002]
[Prior art]
In a conventional general image forming apparatus, the following image forming operation is generally performed. First, the surface of the photosensitive drum as an image carrier is uniformly charged to a predetermined potential by a charger. Next, an electrostatic latent image is formed on the surface of the photosensitive drum by the irradiation light based on the image information from the exposure device, and toner is attached to the electrostatic latent image by the developing device to develop the visible toner image. Subsequently, the visible toner image on the photosensitive drum is transferred onto a sheet material such as paper by a transfer device such as a transfer roller. Thereafter, the sheet material is conveyed to a fixing device composed of a pair of rollers, and a toner image is fixed by heating and pressurization in the fixing device, and is discharged or outputted to the outside. On the other hand, the toner remaining on the surface of the photosensitive drum after transfer is removed by a cleaning device such as a cleaning blade, and the surface of the photosensitive drum is uniformly discharged by a static eliminator as necessary. Such an image forming operation is repeated.
[0003]
Here, as a method for charging the photosensitive drum, there are a so-called non-contact charging method and a contact charging method. A typical corona charger is a charger in an image forming apparatus that employs the former non-contact charging method, and this corona charger generates a discharge corona toward a photoconductor drum disposed oppositely at a small interval. Thus, the surface of the photosensitive drum is charged. However, this corona charger has disadvantages that discharge products such as ozone that is harmful to the environment and ammonium salts that accelerate the surface deterioration of the photosensitive drum and adversely affect the image quality are generated.
[0004]
On the other hand, in the latter contact charging method, a conductive charging member to which a bias formed by superimposing a DC voltage and an AC voltage is applied is brought into contact with the surface of the photosensitive drum, whereby the contact charging member is passed through the contact charging member. Charge is applied to the surface of the photosensitive drum, and the surface is charged (for example, see Patent Document 1). Image forming apparatuses that employ this contact charging method have become the mainstream in recent years because they can significantly reduce the generation of discharge products. The bias applied to the contact charging member is formed by superimposing a DC voltage and an AC voltage, which is applied in order to increase the charging uniformity and charging efficiency for the photosensitive drum. Hereinafter, an image forming apparatus employing this contact charging method will be described.
[0005]
Incidentally, an image carrier (photosensitive drum) in an image forming apparatus is particularly expensive among components mounted on the apparatus. Therefore, in recent years, for the purpose of reducing costs, an organic photosensitive layer has been adopted as a substantially charged photosensitive layer, and this organic photosensitive layer is formed as a single layer or a laminated layer on the surface of a conductive element tube. A carrier is used. A single-layer organic photosensitive layer is obtained by dispersing a charge generating agent and a charge transporting agent in a binder resin, and a laminated organic photosensitive layer has a charge generating agent and a charge transporting agent dispersed in separate layers. The charge generation layer containing the charge generation agent is coated with the charge transport layer containing the charge transfer agent. An image carrier having an organic photosensitive layer has the following characteristics and problems associated therewith.
[0006]
First, it is sensitive to environmental changes such as temperature and humidity during use, and the charging characteristics of the organic photosensitive layer change remarkably following the environmental changes. That is, as shown in FIG. 7, as the temperature and humidity increase, the chargeability of the organic photosensitive layer (the degree of charge with respect to a given bias) increases. Then, if a bias set in advance to meet the standard condition is always applied to the contact charging member under the same setting conditions, the bias applied to the organic photosensitive layer is excessive if the temperature or humidity is higher than the standard level. As a result, the surface potential of the organic photosensitive layer is increased. On the other hand, when the temperature and humidity are lower than the standard level, the organic photosensitive layer is not charged to a desired predetermined potential. In either case, the quality of the image finally formed on the sheet material is reduced.
[0007]
Secondly, the surface of the organic photosensitive layer is likely to be worn or deteriorated due to contact with the charging member or the application of a bias due to repeated use, particularly following changes with time such as a decrease in the thickness of the organic photosensitive layer. As a result, the chargeability of the organic photosensitive layer gradually decreases (see FIG. 8). That is, if a bias set in advance so as to match the initial state is permanently applied to the contact charging member under the same setting conditions, the organic photosensitive layer is not charged to a desired predetermined potential. As a result, the image quality on the sheet material is gradually lowered.
[0008]
As described above, for an image carrier having an organic photosensitive layer, it is necessary to appropriately adjust the bias applied to the contact charging member in accordance with an environmental change and a change with time in consideration of actual usage conditions. Therefore, in the past, the DC voltage value (hereinafter, sometimes referred to as “DC voltage value”) among the DC voltage and AC voltage, which are the components of the bias, is adjusted, or the peak voltage value of the AC voltage ( Hereinafter, it may be referred to as “AC peak voltage value”). In other words, with regard to environmental changes, when the temperature and humidity are higher than the standard level, the DC voltage value or the AC peak voltage value is reduced with respect to the standard condition setting conditions, while the temperature and humidity are lower than the standard level. In this case, the DC voltage value or the AC peak voltage value was increased with respect to the standard condition setting conditions. Regarding the change over time, the DC voltage value or the AC peak voltage value was increased with respect to the initial setting conditions as the thickness of the organic photosensitive layer decreased with respect to the initial level.
[0009]
[Patent Document 1]
JP-A-6-202434
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
However, in any adjustment of the DC voltage value or the AC peak voltage value, pinholes or the like are formed in the organic photosensitive layer of the image bearing member at a low temperature or low humidity due to environmental changes or in a state where the film thickness of the organic photosensitive layer is reduced. It may occur. This is because the maximum peak voltage value of the bias itself increases as the DC voltage value or the AC peak voltage value increases, which is effective for the chargeability of the organic photosensitive layer, but the organic photosensitive layer can withstand. This is an excessive bias. In addition, in the adjustment of the AC peak voltage value under high temperature and high humidity, the peak voltage value of the bias itself decreases as the AC peak voltage value decreases, so the AC voltage is applied to the DC voltage as a bias. The superimposed effect is weakened, and the uniformity of charging and the charging efficiency with respect to the image carrier are deteriorated.
[0011]
Therefore, for an image carrier having an organic photosensitive layer, the bias applied to the contact charging member needs to be appropriately adjusted in accordance with environmental changes and changes with time, but the bias DC voltage value or AC peak voltage value. It can be said that this adjustment cannot be adequately addressed.
[0012]
Therefore, the present invention has been made in view of the above problems, and an organic photosensitive layer is used for an image carrier having a single organic photosensitive layer under actual usage conditions accompanied by environmental changes and changes over time. It is an object of the present invention to provide an image forming apparatus which can prevent contact damage and can perform contact charging without impairing charging uniformity and charging efficiency.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, an image forming apparatus according to the present invention includes an image carrier having an organic photosensitive layer on the surface, and a contact charging member that contacts the surface of the image carrier and charges the organic photosensitive layer to a predetermined potential. And a bias applying unit that generates a bias formed by superimposing a DC voltage and an AC voltage and applies the bias to the contact charging member, in an ambient temperature or humidity of the image carrier. A sensor for detecting at least one; and a control means for controlling the bias applying means based on a detected temperature or humidity detected from the sensor, wherein the control means relates to the bias, and While maintaining the voltage value and the peak voltage value of the AC voltage constant, the positive component region and the negative component region in the waveform of the AC voltage are adjusted to a ratio corresponding to the detection result. The ratio of the component region having the same polarity as the charged polarity of the image carrier is set to be smaller as the detection temperature or detection humidity is higher, and is set to be larger as the detection temperature or detection humidity is lower. It is characterized by being.
[0014]
As a result, the effective peak voltage value is adjusted to be larger at low temperatures and low humidity compared to the standard level, and smaller at high temperatures and high humidity, while the maximum peak voltage value of the bias itself is kept constant. The Therefore, under low temperature and low humidity, it is possible to give an effective superimposing bias for the uniformity of charging and charging efficiency to the organic photosensitive layer having reduced chargeability, and the bias damages the organic photosensitive layer. Is not enough to give On the other hand, even at high temperatures and high humidity, it is possible to give a superimposing bias effective for charging uniformity and charging efficiency to an organic photosensitive layer having improved charging properties.
[0015]
An image forming apparatus according to the present invention for achieving the above object includes an image carrier having an organic photosensitive layer on the surface, and a contact for contacting the surface of the image carrier and charging the organic photosensitive layer to a predetermined potential. An image forming apparatus comprising: a charging member; and a bias applying unit that generates a bias formed by superimposing a DC voltage and an AC voltage and applies the bias to the contact charging member, and detects an index of the thickness of the organic photosensitive layer And a control means for controlling the bias applying means based on a detection result from the thickness index detecting means. The control means relates to the bias, and While maintaining the voltage value and the peak voltage value of the alternating voltage constant, the positive component region and the negative component region in the waveform of the alternating voltage are calculated based on the thickness of the organic photosensitive layer calculated from the detection result. Being adapted to adjust the ratio of response, the ratio of the same polarity as the charge polarity of the component region of the image bearing member is characterized by being larger set according to the thickness decrease.
[0016]
As a result, while the maximum peak voltage value of the bias itself is maintained constant, the effective voltage value is adjusted to be larger as the thickness of the organic photosensitive layer is decreased from the initial level. Therefore, it is possible to apply an effective superimposing bias to the uniformity of charging and charging efficiency to the organic photosensitive layer whose charging property is gradually decreased due to the decrease in film thickness, and the bias is damaged to the organic photosensitive layer. Is not enough to give
[0017]
Here, since it is difficult to directly measure the thickness of the organic photosensitive layer, the thickness is calculated indirectly through the thickness index calculation means. For this purpose, it is preferable that the thickness index detecting means detects the cumulative number of sheet materials formed and output by the image forming apparatus as the index. Further, the thickness index detection means may detect the current amount of the bias flowing into the contact charging member from the bias application means as the index.
[0018]
Furthermore, in view of practicality, the contact charging member is preferably in the form of a roller or a brush.
[0019]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of an image forming apparatus of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing a main part of an image forming apparatus according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a schematic diagram of an AC voltage waveform in a bias used in the image forming apparatus. ) Is a state where the ratio of the positive component region and the negative component region of the AC voltage is equal, FIG. 2B is a state where the ratio of the positive component region is large, and FIG. 2C is a state where the ratio of the positive component region is small. Each is shown. 3 is a data table showing an example of the ratio of positive component areas corresponding to environmental changes, FIG. 4 is a schematic diagram showing the correlation between the cumulative number of sheets output and the thickness of the organic photosensitive layer, and FIG. FIG. 6 is a flowchart for explaining an image forming operation in the image forming apparatus.
[0020]
The image forming apparatus according to the present embodiment employs a contact charging method. As shown in FIG. 1, the image forming apparatus is largely a
[0021]
Further, a
[0022]
More specifically, the
[0023]
Here, the detailed structure of the organic
[0024]
Examples of the electron transporting agent include electron-withdrawing substances such as succinic anhydride, maleic anhydride, and dibromosuccinic anhydride, and two or more kinds can be used in combination. On the other hand, examples of the hole transporting agent include pyrene, a carbazole compound, a hydrazone salt, and the like, and two or more of them can be used in combination. As the binder resin, a polycarbonate resin, a polyester resin, or the like is preferable in terms of excellent wear resistance.
[0025]
In the organic
[0026]
Regarding the method of forming the single-layer organic
[0027]
However, the organic
[0028]
In addition, an overcoat layer may be provided on the surface of the organic
[0029]
Subsequently, the charging
[0030]
The reason why the elastic
[0031]
Subsequently, the nature of the bias applied to the charging
[0032]
Next, regarding the ratio between the positive component region A and the negative component region B, first, regarding the environmental change, a specific ratio is determined in advance for each temperature and humidity. An example is shown in FIG. Here, the temperature is 15 to 25 ° C. and the humidity is 20 to 80% as a standard level, and the ratio of the positive component area A at this standard level is 50% (the ratio of the negative component area B is also 50%). That is, in the waveform at the standard level, the positive component region A and the negative component region B are equally symmetrical as shown in FIG.
[0033]
Further, for example, when the temperature is 15 ° C. or lower and the humidity is 20% or lower under a low temperature and low humidity with respect to the standard level, the ratio of the positive component region A is set to 70% larger than the standard level (the proportion of the negative component region B is 30%). Yes. In the waveform under the low temperature and low humidity, the positive component region A is more asymmetrical than the negative component region B as shown in FIG. That is, under low temperature and low humidity, the effective voltage value is adjusted to be larger while maintaining the maximum peak voltage value constant as compared with the standard level when viewed from the bias itself.
[0034]
On the other hand, when the temperature is 25 ° C. or higher and the humidity is 80% or higher under high temperature and high humidity with respect to the standard level, the ratio of the positive component region A is 30% smaller than the standard level (the proportion of the negative component region B is 70%). Yes. In this waveform under high temperature and high humidity, the positive component region A is smaller than the negative component region B and is asymmetric as shown in FIG. In other words, under high temperature and high humidity, the effective voltage value is adjusted to be smaller while maintaining the maximum peak voltage value constant as compared with the standard level when viewed from the bias itself.
[0035]
As described above, the ratio of the positive component region A used for adjustment of the bias related to the environmental change is determined to be smaller as it becomes higher than the standard level and larger as it becomes lower than the standard level. .
[0036]
On the other hand, the ratio between the positive component area A and the negative component area B with respect to change over time is uniquely determined in advance for each thickness of the organic
[0037]
Returning to the description, FIG. 5 shows an example of the ratio of the positive component region A and the negative component region B regarding the change with time. Here, the cumulative number of sheets up to 35,000 is the initial level, and the ratio of the positive component area A at this initial level is 50% (the ratio of the negative component area B is also 50%). That is, in the waveform at the initial level, the positive component region A and the negative component region B are equally symmetric as shown in FIG.
[0038]
Further, for 35,000 to 70,000 sheets in which the thickness of the organic
[0039]
As described above, the ratio of the positive component region A used for adjusting the bias with respect to the change with time is determined to increase as the thickness of the organic
[0040]
Next, an image forming operation in the image forming apparatus will be described. As shown in FIG. 6, when the image forming operation is started, the
[0041]
Next, in
[0042]
Subsequently, in
[0043]
In
[0044]
In such an image forming operation, the bias applied to the charging
[0045]
Further, the effective voltage value of the bias itself is adjusted to be larger as the thickness of the organic
[0046]
Therefore, the quality of the image finally formed on the sheet material P is excellent regardless of environmental changes and changes with time.
[0047]
In addition, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. For example, the detection target for adjusting the bias related to the environmental change is desirably both temperature and humidity as in the above-described embodiment, but any one of temperature and humidity is used depending on the region of use. It is also possible to make it. Furthermore, in the above-described embodiment, both environmental changes and temporal changes are detected and adjusted to a bias that takes into account both changes, but it is of course possible to make a bias adjustment corresponding to any one change. . Further, the waveform of the AC voltage that is a component of the bias is not limited to a sine wave, but may be a rectangular wave, a triangular wave, or the like.
[0048]
Further, in place of the
[0049]
【The invention's effect】
As described above, according to the image forming apparatus of the present invention, while the maximum peak voltage value of the bias itself is kept constant, the effective voltage value is larger at a low temperature and low humidity than the standard level, On the other hand, it is adjusted to be smaller under high temperature and high humidity. Therefore, under low temperature and low humidity, it is possible to give an effective superimposed bias to the uniformity and charging efficiency of the organic photosensitive layer with reduced chargeability, and the bias is damaged to the organic photosensitive layer. Is not enough to give On the other hand, even at high temperatures and high humidity, it is possible to give a superimposing bias effective for charging uniformity and charging efficiency to an organic photosensitive layer having improved charging properties. Therefore, the quality of the image finally formed on the sheet material is excellent regardless of environmental changes.
[0050]
Also, according to the image forming apparatus of the present invention, the effective voltage value becomes larger as the thickness of the organic photosensitive layer is decreased from the initial level while the maximum peak voltage value of the bias itself is kept constant. Adjusted. For this reason, it is possible to apply an effective superimposing bias to the uniformity and charging efficiency of the organic photosensitive layer whose charging property is gradually lowered due to the decrease in film thickness, and the bias is applied to the organic photosensitive layer. It will not be damaged. Therefore, the quality of the image finally formed on the sheet material is excellent regardless of changes with time.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing a main part of an image forming apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic diagram of an AC voltage waveform in bias according to the present embodiment.
FIG. 3 is a data table showing an example of a ratio of positive component areas corresponding to environmental changes in bias according to the present embodiment.
FIG. 4 is a schematic diagram showing the correlation between the cumulative number of output sheets and the thickness of the organic photosensitive layer.
FIG. 5 is a data table showing an example of a ratio of positive component regions corresponding to a change with time in bias according to the present embodiment.
FIG. 6 is a flowchart illustrating an image forming operation in the image forming apparatus according to the embodiment.
FIG. 7 is a schematic diagram showing a correlation between temperature, humidity and chargeability of an organic photosensitive layer.
FIG. 8 is a schematic view showing the correlation between the thickness of the organic photosensitive layer and its charging property.
[Explanation of symbols]
1 Photoconductor (image carrier)
1a Conductive tube
1b Organic photosensitive layer
2 Charging member (contact charging member)
2a Conductive substrate
2b Conductive rubber layer
3 Exposure unit
4 Developer
5 Transfer device
6 Cleaning device
7 Fixing device
8 Bias power supply (bias application means)
9 Sensor
10 counters
11 CPU
A Positive component region of AC voltage waveform, which is a component of bias
B Negative component region of AC voltage waveform, which is a component of bias
P sheet material
Claims (6)
前記像担持体の周囲の温度又は湿度のうちの少なくとも1つを検出するセンサと、このセンサからの検出温度又は検出湿度に基づいて前記バイアス印加手段を制御する制御手段と、を備えていて、
前記制御手段は、前記バイアスに関し、前記直流電圧の電圧値及び前記交流電圧のピーク電圧値を一定に維持しながら、前記交流電圧の波形における正成分領域と負成分領域とを前記検出結果に対応する比率に調整するようになっており、前記像担持体の帯電極性と同極性の成分領域の比率は、前記検出温度又は検出湿度が高くなるに従ってより小さく、前記検出温度又は検出湿度が低くなるに従ってより大きく設定されていることを特徴とする画像形成装置。An image carrier having an organic photosensitive layer on the surface, a contact charging member that contacts the surface of the image carrier to charge the organic photosensitive layer to a predetermined potential, and a bias in which a DC voltage and an AC voltage are superimposed are generated. And an image forming apparatus provided with a bias applying means for applying to the contact charging member,
A sensor that detects at least one of a temperature or humidity around the image carrier, and a control unit that controls the bias applying unit based on a detected temperature or detected humidity from the sensor,
The control means relates to the detection result with respect to the bias, while maintaining a constant voltage value of the DC voltage and a peak voltage value of the AC voltage, the positive component region and the negative component region in the waveform of the AC voltage. The ratio of the component area having the same polarity as the charged polarity of the image carrier is smaller as the detection temperature or the detection humidity is higher, and the detection temperature or the detection humidity is lower. The image forming apparatus is characterized in that it is set larger according to the above.
前記有機感光層の厚さの指標を検出する厚さ指標検出手段と、この厚さ指標検出手段からの検出結果に基づいて前記バイアス印加手段を制御する制御手段と、を備えていて、
前記制御手段は、前記バイアスに関し、前記直流電圧の電圧値及び前記交流電圧のピーク電圧値を一定に維持しながら、前記交流電圧の波形における正成分領域と負成分領域とを前記検出結果より算出した前記有機感光層の厚さに対応する比率に調整するようになっており、前記像担持体の帯電極性と同極性の成分領域の比率は、前記厚さが減少するに従ってより大きく設定されていることを特徴とする画像形成装置。An image carrier having an organic photosensitive layer on the surface, a contact charging member that contacts the surface of the image carrier to charge the organic photosensitive layer to a predetermined potential, and a bias in which a DC voltage and an AC voltage are superimposed are generated. And an image forming apparatus provided with a bias applying means for applying to the contact charging member,
A thickness index detecting means for detecting an index of the thickness of the organic photosensitive layer, and a control means for controlling the bias applying means based on a detection result from the thickness index detecting means,
The control means calculates a positive component region and a negative component region in the waveform of the AC voltage from the detection result while maintaining the voltage value of the DC voltage and the peak voltage value of the AC voltage constant with respect to the bias. The ratio of the component area having the same polarity as the charged polarity of the image carrier is set larger as the thickness decreases. An image forming apparatus.
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- 2003-07-04 JP JP2003191645A patent/JP2005024991A/en active Pending
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